Question

14．小明用玻璃杯、吸管、水等器材进行了如下实验，请你完成下列内容．

（1）如图甲所示，把一根直吸管斜插入装有水的玻璃杯中，然后用手指堵住上端的管口，从水中提起吸管后发现吸管中存在一段水柱，且水不会流下来，如图乙所示，这主要是由于水柱受到大气压对它向上的作用．
（2）在吸管下端装入适量的钢珠，并用蜡封住吸管的下端使底部平整，然后让它竖直漂浮在水中，如图丙所示，测得该吸管底面积为3×10^-5 m²，浸入水中的深度为1.1×10^-2m．（g取10N/kg）
①求吸管受到的浮力；
②把吸管拿出并擦干，让封住的一端朝下竖直放置在水平桌面上，如图丁所示，求吸管对桌面的压强．

Answer 1

分析 （1）两端开口的饮料管插入水中，管内外水面上方受到大气压的作用，所以内外液面将保持相平，用手堵住口的一端，管内水将在外界大气压的作用下不掉下来；
（2）①根据吸管的底面积和浸入水中的深度就可以算出吸管排开水的体积，根据阿基米德原理就可以计算出吸管受到的浮力；
②吸管在水中是漂浮的，受到的浮力与它的重力相等，重力大小就等于吸管对桌面压力的大小，已知吸管底面积，根据p=$\frac{F}{S}$就计算出吸管对桌面的压强．

解答 解：（1）当用手指堵住吸管上端开口时，上端不再与大气相通，下端受到大气压的作用，所以水不会从下端流出．
（2）①吸管浸在水中，排开水的体积V_排=3×10^-5m²×1.1×10^-2m=3.3×10^-7m³
因此吸管受到的浮力F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×3.3×10^-7m³=3.3×10^-3N．
②因为漂浮，所以吸管的重力G=F_浮=3.3×10^-3N，
因此吸管对桌面的压强p=$\frac{F}{S}$=$\frac{3.3×1{0}^{-3}N}{3×1{0}^{-5}{m}^{2}}$=1.1×10²Pa．
答：（1）大气压；
（2）①吸管受到的浮力是3.3×10^-3N；
②吸管对桌面的压强是1.1×10²Pa．

点评 本题重点考查了压强和浮力的计算，这是力学计算题中难点，把握住相关公式是解题的关键．